一種輸出推力脈動減小的嵌入式磁力絲杠制造技術

本發明專利技術公開一種輸出推力脈動減小的嵌入式磁力絲杠，磁絲桿由一個絲桿螺旋電工鐵環和若干個圓弧角均是45度的第一圓弧永磁體、第二圓弧永磁體、絲桿圓弧電工鐵構成，磁螺母由一個螺母螺旋電工鐵環和若干個圓弧角均是45度的第三圓弧永磁體、第四圓弧永磁體、螺母圓弧電工鐵構成；絲桿螺旋電工鐵環表貼在所有圓弧電工鐵形成的螺旋軌跡的外表面上，螺母螺旋電工鐵環表貼在所有螺母圓弧電工鐵形成的螺旋軌跡的內表面上；本發明專利技術采用分段圓弧永磁體和分段圓弧電工鐵拼接成螺旋聚磁結構，減小了工藝復雜度和加工成本，采用在螺旋聚磁模塊表面放置理想螺旋電工鐵環，能夠在減小推力脈動的同時保證推力輸出，增強磁力絲杠整體的機械強度。

【技術實現步驟摘要】
一種輸出推力脈動減小的嵌入式磁力絲杠
本專利技術涉及一種磁力絲杠的制造技術，特別涉及到具有螺旋形永磁體和螺旋磁路的磁力絲杠結構。
技術介紹
磁力絲杠具有高推力密度、無接觸摩擦、維護簡單等特點，因此在很多場合如航空航天、海洋發電、人工心臟等領域具有很好的應用前景。目前，對磁力絲杠研究較多的是永磁體徑向勵磁的N、S極螺旋交替的表貼式磁力絲杠，此結構由磁螺母和磁絲桿構成，磁螺母做旋轉運動，磁絲桿做直線運動，兩者同時運動。由于絲杠永磁體采用N、S極交替勵磁，所以此種結構存在一定的漏磁，從而降低了氣隙的磁通密度，并且存在結構裝配和螺旋永磁體加工的問題。文獻IEEETRANSACTIONSONINDUSTRYAPPLICATIONS,49（6）：2699-2708，2013(DesignofaMagneticLeadScrewforWaveEnergyConversion)介紹了一種永磁體嵌入式磁力絲杠，將軸向勵磁且勵磁方向相反的螺旋形永磁體放置在螺旋形鐵磁材料兩側，磁螺母和磁絲桿均是采用永磁體嵌入式結構。雖然這種結構可以減小永磁體的漏磁，增加氣隙磁感應強度，但這種永磁體嵌入式磁力絲杠的加工難度大，并且鐵磁材料存在磁飽和現象，可以使部分永磁體產生不可逆退磁。由于磁力絲杠采用螺旋永磁體，然而永磁體機械性能較差，在加工和充磁時都不能承受較大的機械強度，加工難度比較大，從而限制了磁力絲杠的應用進展。文獻IEEETRANSACTIONSONENERGYCONVERSION,30（1）：41-50，2015（Magneticdesignaspectsofthetrans-rotarymagneticgear）介紹了永磁體分段磁力絲杠，將分段永磁體依次表貼在電工鐵棒表面，形成階梯型螺旋永磁體結構。雖然這種結構可以降低磁力絲杠的加工難度，但分段式結構推力脈動大，并且機械強度低。因此，采用有效的辦法解決螺旋永磁體的加工困難成為磁力絲杠急需解決的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決磁力絲杠永磁體加工困難和永磁體分段式磁力絲杠推力脈動大的問題，提出了一種簡單有效、工程上易于執行的磁力絲杠。在保證高推力密度的同時，大大降低了磁力絲杠的加工難度和推力脈動。為了實現上述專利技術目的，本專利技術采用如下技術方案：本專利技術由磁絲桿和磁螺母組成，磁螺母同軸空套在磁絲桿外且兩者之間具有氣隙，磁絲桿由一個絲桿螺旋電工鐵環和若干個圓弧角均是45度的第一圓弧永磁體、第二圓弧永磁體、絲桿圓弧電工鐵構成，磁螺母由一個螺母螺旋電工鐵環和若干個圓弧角均是45度的第三圓弧永磁體、第四圓弧永磁體、螺母圓弧電工鐵構成；每個所述絲桿圓弧電工鐵、螺母圓弧電工鐵的軸向兩側各緊密貼合一個圓弧永磁體，各形成一組絲桿聚磁模塊、一組螺母聚磁模塊；多組絲桿聚磁模塊沿軸向緊密拼接形成一組絲桿模塊集合，多組螺母聚磁模塊沿軸向緊密拼接形成一組螺母模塊集合，8組絲桿模塊集合、8組螺母模塊集合各沿圓周方向依次相差45度形成封閉的圓環，相鄰的兩個絲桿模塊集合沿軸向依次地錯開，相鄰的兩個螺母模塊集合沿軸向依次地錯開；8組絲桿模塊集合中的所有絲桿圓弧電工鐵、8組螺母模塊集合中的所有螺母圓弧電工鐵各形成螺旋狀；絲桿螺旋電工鐵環表貼在由8組絲桿模塊集合中所有圓弧電工鐵形成的螺旋軌跡的外表面上，螺母螺旋電工鐵環表貼在由8組螺母模塊集合中所有螺母圓弧電工鐵形成的螺旋軌跡的內表面上；第一圓弧永磁體、第二圓弧永磁體勵磁方向相反，沿軸向指向絲桿圓弧電工鐵；第三圓弧永磁體和第四圓弧永磁體勵磁方向相反，沿軸向指向螺母圓弧電工鐵。本專利技術采用上述技術方案后，具有如下有益效果：1、本專利技術采用分段圓弧永磁體和分段圓弧電工鐵拼接成螺旋聚磁結構，從而替代現有的整體螺旋形永磁體，因而減小了工藝復雜度和加工成本。并且保證磁力絲杠總的永磁體用量不會增加，從而控制材料成本。2、本專利技術采用在螺旋聚磁模塊表面放置理想螺旋電工鐵環，可以引出理想螺旋形永磁體N、S磁路，因而對磁力絲杠的推力輸出的大小和脈動都不會造成較大的影響，能夠在減小推力脈動的同時保證推力輸出，具有增強磁力絲杠整體的機械強度的特點。3、本專利技術適用于航空航天、人工心臟泵、海洋發電等領域。相比與傳統的直線電機，由于磁力絲杠是磁力傳動，所以具有過負載能力強，維護費用低和清潔度高等優點。尤其在人工心臟泵領域，傳統的人工心臟泵有軸流泵和直線心臟泵兩種，軸流泵有較大的血損問題，雖然直線心臟泵可以解決血損問題，但是功率密度很低，對人工心臟泵的發展存在不可避免的限制，磁力絲杠與直流無刷電機整合后的人工心臟泵可以同時解決以上問題。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明。圖1是本專利技術的結構剖視示意圖；圖2是圖1中軸向局部視圖；圖3是圖2所示局部結構的尺寸標注圖；圖4是本專利技術在第一位置時的工作原理圖；圖5是本專利技術在第二位置時的工作原理圖；圖6是普通嵌入式永磁體磁力絲杠和改進后的輸出推力對比示意圖。圖中：1.磁絲桿；2.磁螺母；3-1.絲桿螺旋電工鐵環；3-2.螺母螺旋電工鐵環；4-1.第一圓弧永磁體；4-2.第二圓弧永磁體；4-3.第三圓弧永磁體；4-4.第四圓弧永磁體；5-1.絲桿圓弧電工鐵；5-2.螺母圓弧電工鐵；6-1.絲桿聚磁模塊；6-2.螺母聚磁模塊。具體實施方式如圖1和圖2所示，本專利技術由磁絲桿1和磁螺母2所組成，磁螺母2空套在磁絲桿1外，磁絲桿1、磁螺母2兩者同軸并且之間具有氣隙，磁絲桿1沿軸向做直線運動，即圖1中的Z軸方向做直線運動，磁螺母2以Z軸為旋轉中心做旋轉運動，兩者同時運動。磁絲桿1由一個絲桿螺旋電工鐵環3-1和若干個第一圓弧永磁體4-1、第二圓弧永磁體4-2、絲桿圓弧電工鐵5-1構成。每個第一圓弧永磁體4-1、第二圓弧永磁體4-2和圓弧電工鐵5-1的圓弧角均是45度，即1/8圓弧，每個第一圓弧永磁體4-1、第二圓弧永磁體4-2和絲桿圓弧電工鐵5-1的圓弧的內外徑相等、軸向長度也相等，即第一圓弧永磁體4-1、第二圓弧永磁體4-2和絲桿圓弧電工鐵5-1這三者的結構尺寸均相同。每個絲桿圓弧電工鐵5-1軸向兩側各緊密貼合一個圓弧永磁體，將絲桿圓弧電工鐵5-1無縫隙地嵌入在兩個圓弧永磁體之間，即第一圓弧永磁體4-1、第二圓弧永磁體4-2緊密貼合在絲桿圓弧電工鐵5-1軸向兩側，共同形成一組絲桿聚磁模塊6-1，即一組絲桿聚磁模塊6-1由一個第一圓弧永磁體4-1、一個第二圓弧永磁體4-2和一個絲桿圓弧電工鐵5-1在軸向緊密貼合在一起組成。在一組絲桿聚磁模塊6-1中，第一圓弧永磁體4-1和第二圓弧永磁體4-2均沿軸向勵磁，兩者的勵磁方向相反，并且兩者的勵磁方向都指向其間的絲桿圓弧電工鐵5-1。多組絲桿聚磁模塊6-1沿Z軸的軸向緊密拼接起來，之間不留空隙，形成一組絲桿模塊集合，一組絲桿模塊集合的徑向橫截面自然是圓弧角為45度的圓弧形。本專利技術拼接有8組絲桿模塊集合，8組絲桿模塊集合沿圓周方向依次相差45度，整體形成一個封閉的圓環，采用無縫拼接。在8組絲桿模塊集合中，相鄰的兩個絲桿模塊集合不僅沿Z軸旋轉了45度，并且，沿Z軸方向依次地錯開，錯開的位移是絲桿圓弧電工鐵5-1軸向長度的1/2。由此，8組絲桿模塊集合中的所有絲桿圓弧電工鐵5-1整體為螺旋形狀。將絲桿螺旋電工鐵環本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種輸出推力脈動減小的嵌入式磁力絲杠，由磁絲桿（1）和磁螺母（2）組成，磁螺母（2）同軸空套在磁絲桿（1）外且兩者之間具有氣隙，其特征是：磁絲桿（1）由一個絲桿螺旋電工鐵環（3?1）和若干個圓弧角均是45度的第一圓弧永磁體（4?1）、第二圓弧永磁體（4?2）、絲桿圓弧電工鐵（5?1）構成，磁螺母（2）由一個螺母螺旋電工鐵環（3?2）和若干個圓弧角均是45度的第三圓弧永磁體（4?3）、第四圓弧永磁體（4?4）、螺母圓弧電工鐵（5?2）構成；每個所述絲桿圓弧電工鐵（5?1）、螺母圓弧電工鐵（5?2）的軸向兩側各緊密貼合一個圓弧永磁體，分別形成一組絲桿聚磁模塊（6?1）、一組螺母聚磁模塊（6?2）；多組絲桿聚磁模塊（6?1）沿軸向緊密拼接形成一組絲桿模塊集合，多組螺母聚磁模塊（6?1）沿軸向緊密拼接形成一組螺母模塊集合，8組絲桿模塊集合、8組螺母模塊集合各沿圓周方向依次相差45度形成封閉的圓環，且相鄰的兩個絲桿模塊集合沿軸向依次地錯開，相鄰的兩個螺母模塊集合沿軸向依次地錯開；8組絲桿模塊集合中的所有絲桿圓弧電工鐵（5?1）、8組螺母模塊集合中的所有螺母圓弧電工鐵（5?2）各形成螺旋狀；絲桿螺旋電工鐵環（3?1）表貼在由8組絲桿模塊集合中所有圓弧電工鐵（5?1）形成的螺旋軌跡的外表面上，螺母螺旋電工鐵環（3?2）表貼在由8組螺母模塊集合中所有螺母圓弧電工鐵（5?2）形成的螺旋軌跡的內表面上；第一圓弧永磁體（4?1）、第二圓弧永磁體（4?2）勵磁方向相反，沿軸向指向絲桿圓弧電工鐵（5?1）；第三圓弧永磁體（4?3）和第四圓弧永磁體（4?4）勵磁方向相反，沿軸向指向螺母圓弧電工鐵（5?2）。...

【技術特征摘要】
1.一種輸出推力脈動減小的嵌入式磁力絲杠，由磁絲桿（1）和磁螺母（2）組成，磁螺母（2）同軸空套在磁絲桿（1）外且兩者之間具有氣隙，其特征是：磁絲桿（1）由一個絲桿螺旋電工鐵環（3-1）和若干個圓弧角均是45度的第一圓弧永磁體（4-1）、第二圓弧永磁體（4-2）、絲桿圓弧電工鐵（5-1）構成，磁螺母（2）由一個螺母螺旋電工鐵環（3-2）和若干個圓弧角均是45度的第三圓弧永磁體（4-3）、第四圓弧永磁體（4-4）、螺母圓弧電工鐵（5-2）構成；每個所述絲桿圓弧電工鐵（5-1）的軸向一側緊密貼合一個第一圓弧永磁體（4-1）、軸向另一側緊密貼合一個第二圓弧永磁體（4-2），每個所述螺母圓弧電工鐵（5-2）的軸向一側緊密貼合一個第三圓弧永磁體（4-3）、軸向另一側緊密貼合一個第四圓弧永磁體（4-4），分別形成一組絲桿聚磁模塊（6-1）、一組螺母聚磁模塊（6-2）；多組絲桿聚磁模塊（6-1）沿軸向緊密拼接形成一組絲桿模塊集合，多組螺母聚磁模塊（6-1）沿軸向緊密拼接形成一組螺母模塊集合，8組絲桿模塊集合、8組螺母模塊集合各沿圓周方向依次相差45度形成封閉的圓環，且相鄰的兩個絲桿模塊集合沿軸向依次地錯開，相鄰的兩個螺母模塊集合沿軸向依次地錯開；8組絲桿模塊集合中的所有絲桿圓弧電工鐵（5-1）、8組螺母模塊集合中的所有螺母圓弧電工鐵（5-2）各形成螺旋狀；絲桿螺旋電工鐵環（3-1）表貼在由8組絲桿模塊集合中所有圓弧電工鐵（5-1）形成的螺旋軌跡的外表面上，螺母螺旋電工鐵環（3-2）表貼在由8組螺母模塊集合中所有螺母圓弧電工鐵（5-2）形成的螺旋軌跡的內表...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吉敬華，凌志健，趙文祥，劉正蒙，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32